CN112068472A - 一种施药农机智能终端及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业物联网技术领域，特别涉及一种施药农机智能终端及控制系统，其智能终端包括主控模块、存储模块、通信模块、定位模块、电源模块、信息采集模块，并与云服务端组成智能终端控制系统，云服务端提供实时存储和数据访问功能，实时接收并存储智能终端上传的运行数据，并下发对应数据；所述云服务端还提供外部控制端口，用于扩展其他系统。本发明通过物联网技术，利用定位系统、传感器功能系统和图像处理系统，实时地、准确地收集农机设备各种工作数据，并在云服务端进行数据处理，能够精准化植保和农药监管，并追踪农产品生产过程，保障农产品安全，实现实现科学种植，智能种植。

Description

一种施药农机智能终端及控制系统

技术领域

本发明属于农业物联网技术领域，特别涉及一种施药农机智能终端及控 制系统。

背景技术

我国是农业大国，发展数字智能农业，降低生产成本，提高生产效益， 提升作物的品质和质量安全，不仅关系到农业增产增收、农民致富奔小康的 问题，而且直接影响到全区社会、经济的全面发展和新农村建设步伐。

在现代农业发展转变过程中，现有农村农业生产机械化、智能化水平较 低，农作物科学种植和科学管理普及程度不足，现在很多农户对农作物科学 管理的意识比较薄弱，尤其是病虫草害防治过程中，为了能保证药效，经常 是选择加重药量，或是选择市场上一些禁止的高毒农药用于作物的防治，给 粮食作物和食品安全带来了巨大隐患的同时，还增加了用药成本。而另一方 面，由于缺乏专业的农机服务组织，且现有大多数农机组织化程度低、组织 形式单一、组织规模较小、装备不先进，农机资源配置能力弱，不足以进行 规模化作业服务，无法满足农户种植管理的需要，影响农民种植农作物的积 极性。

随着物联网技术的发展和对建设现代农业的需求，将物联网与农业机械 作业有机的结合起来，对于提高农业机械作业的效率与产量具有重要意义， 并通过建立农事作业设备的远程系统，有利于指导农户科学种植、农药减量 控害、加强药械管理、追踪农产品生产过程，并保障农产品安全。

发明内容

本发明的目的在于针对农机作业信息采集不完善、作业管理不规范、缺乏 有效监控等问题，提出了一种施药农机智能终端及控制系统，通过物联网技 术在农业机械和植保设备上应用，精准化植保和农药监管，并追踪农产品生 产过程，保障农产品安全，并实现科学种植，智能种植。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种施药农机智能终端及控制系统，所述智能终端包括主控模块、存储 模块、通信模块、定位模块、电源模块、信息采集模块，并与云服务端组成 智能终端控制系统；

所述主控模块采用FLASH型单片机，分别与存储模块、通信模块、定位 模块、电源模块、信息采集模块连接，用于控制和协调智能终端各模块的工 作、数据交换、运算及信息处理，并通过云服务端远程进行调试和更新；

所述存储模块分为固定存储器、外接存储器，所述固定存储器用于存放系 统引导程序、嵌入式系统、GIS地图数据、应用程序与用户信息，所述外接储 存器用于存放终端其他模块产生的运行数据，并通过通信模块上传至云服务 端；

所述通信模块为智能终端与云服务端通信的接收和发送组件，采用无线网 络模块与卫星通信模块并存的通信方式；

所述定位模块包括BDS/GPS双模兼容定位系统模块、GIS模块，所述 BDS/GPS双模兼容定位系统模块用于接收卫星信号转化为定位信息，传送至主 控模块，并通过与GIS模块协同进行信息处理后，计算出终端定位轨迹，所 述定位轨迹包括三维坐标、速度、方向和时间信息；所述GIS模块地图数据 存储于固定存储器中，并可通过通信模块进行在线更新；

所述电源模块包括锂电供电模块、太阳能充电模块，用于为其他模块组 件提供电力供应，所述太阳能充电模块通过接收太阳能，并将太阳能转化为 锂电电能，用于延长锂电供电模块供电时间和电能不足时紧急补充电量，并 发送故障诊断数据和定位信息至云服务端；

所述信息采集模块包括设备状态采集模块、功能传感器模块、图像采集 模块，用于采集设备和终端运行数据，并存储于外接存储器中；所述设备状 态采集模块采集农机的设备硬件数据和故障诊断数据，所述功能传感器模块 采集液位、流量、风速、雨量、与温度数据，在农机使用过程中，通过传感 器获取农机施液量、施液效率、外界环境数据；所述图像采集模块为微型CCD 摄像头，通过摄像头采集施药商品二维码、施药对象生长状态、环境图像， 并可远程操控进行现场查看；

所述云服务端提供实时存储和数据访问功能，实时接收并存储智能终端 上传的运行数据，并下发对应数据；所述云服务端还提供外部控制端口，用 于扩展其他系统。

进一步地，所述控制系统通过云服务端实时了解智能终端和农机设备状 态信息并控制其启动或停止工作。

进一步地，所述FLASH型单片机型号为MSP430F149微处理器。

进一步地，所述外接储存器为可插拔存储卡。

进一步地，所述无线网络模块支持GPRS模式、4G模式、5G模式中的一 种或多种通信模式。

进一步地，所述BDS/GPS双模兼容定位系统模块型号为UM220-III。

进一步地，所述功能传感器模块包括但不限于液位传感器、流量传感器、 风速传感器、雨量传感器、与温度传感器。

进一步地，所述定位模块获取的终端定位轨迹与采集模块数据上传至云 服务端后，通过计算程序得到农机作业数据，其包括但不限于农机作业量、 施药用量、施药效率、工作环境数据、施用药型号与名称、生长状态，建立 档案追踪农药使用记录和农产品生产记录，并结合历史数据给出农机工作报 告。

进一步地，所述终端包括信息反馈模块，所述信息反馈模块分为语音模 块、显示模块，用于播放和显示工作警示、天气预报、操作方法、设备状态、 控制信息、与导航信息，所述显示模块为低功耗LED液晶显示模块。

进一步地，所述智能终端及控制系统可应用于包括但不限于农用无人机、 喷杆喷雾机施药设备、各种植保作业设备。

本发明其有益效果在于：

(1)终端系统建立在卫星定位和无线通信基础上，通过云服务端可实时 了解终端与设备工作状态并控制启动或停止作业；采用带FLASH的单片机作 为主控，有益于后续设备升级和调试，提高终端使用寿命。

(2)外接存储器可根据设备要求扩充多种规格容量储存卡，并通过高效 无线通信模块提高网络效率和终端操作性，利用云服务端存储的大量有效数 据，形成大数据基础。

(3)通过BDS/GPS双模兼容定位系统能精确定位终端运动轨迹，并提供 了稳定的电源系统和太阳能补充方式，对于人员和设备在复杂地形状态下遇 到各种问题时候，能提供有效保障。

(4)通过物联网技术，利用定位系统、传感器功能系统和图像处理系统， 实时地、准确地收集农机设备各种工作数据，并在云服务端进行数据处理， 能够精准化植保和农药监管，并追踪农产品生产过程，保障农产品安全，实 现实现科学种植，智能种植。

(5)对于复杂性的机械或是根据实际需求，智能终端可增加信息反馈模 块，实现远程指导和规范操作，并通过语音和屏幕显示远程反馈各方面信息。

附图说明

图1为本发明的智能终端架构示意图。

图2为本发明的控制系统数据传递流程框图。

具体实施方式

为使本发明的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，结 合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

参照图1～2所示，一种施药农机智能终端及控制系统，所述智能终端包 括主控模块、存储模块、通信模块、定位模块、电源模块、信息采集模块， 并与云服务端组成智能终端控制系统；

所述主控模块采用FLASH型单片机，分别与存储模块、通信模块、定位 模块、电源模块、信息采集模块连接，用于控制和协调智能终端各模块的工 作、数据交换、运算及信息处理，并通过云服务端远程进行调试和更新；

所述存储模块分为固定存储器、外接存储器，所述固定存储器用于存放 系统引导程序、嵌入式系统、GIS地图数据、应用程序与用户信息，所述外接 储存器用于存放终端其他模块产生的运行数据，并通过通信模块上传至云服 务端；

所述通信模块为智能终端与云服务端通信的接收和发送组件，采用无线 网络模块与卫星通信模块并存的通信方式；

所述定位模块包括BDS/GPS双模兼容定位系统模块、GIS模块，所述 BDS/GPS双模兼容定位系统模块用于接收卫星信号转化为定位信息，传送至主 控模块，并通过与GIS模块协同进行信息处理后，计算出终端定位轨迹，所 述定位轨迹包括三维坐标、速度、方向和时间信息；所述GIS模块地图数据 存储于固定存储器中，并可通过通信模块进行在线更新；

所述电源模块包括锂电供电模块、太阳能充电模块，用于为其他模块组 件提供电力供应，所述太阳能充电模块通过接收太阳能，并将太阳能转化为 锂电电能，用于延长锂电供电模块供电时间和电能不足时紧急补充电量，并 发送故障诊断数据和定位信息至云服务端；

所述信息采集模块包括设备状态采集模块、功能传感器模块、图像采集 模块，用于采集设备和终端运行数据，并存储于外接存储器中；所述设备状 态采集模块采集农机的设备硬件数据和故障诊断数据，所述功能传感器模块 采集液位、流量、风速、雨量、与温度数据，在农机使用过程中，通过传感 器获取农机施液量、施液效率、外界环境数据；所述图像采集模块为微型CCD 摄像头，通过摄像头采集施药商品二维码、施药对象生长状态、环境图像， 并可远程操控进行现场查看；

所述云服务端提供实时存储和数据访问功能，实时接收并存储智能终端 上传的运行数据，并下发对应数据；所述云服务端还提供外部控制端口，用 于扩展其他系统。

参照图2，所述控制系统通过云服务端实时了解智能终端和农机设备状态 信息并控制其启动或停止工作。

参照图1，所述FLASH型单片机型号为MSP430F149微处理器。

参照图1，所述外接储存器为可插拔存储卡。

参照图1，所述无线网络模块支持GPRS模式、4G模式、5G模式中的一种 或多种通信模式，通过不同的工作模式和工作环境，智能切换不同的传输模 式，并在特殊情况下不存在无线网络时，启动卫星通信模块，进行数据传输， 保证智能终端在线和可控。

参照图1，所述BDS/GPS双模兼容定位系统模块型号为UM220-III。

参照图1，所述功能传感器模块包括但不限于液位传感器、流量传感器、 风速传感器、雨量传感器、与温度传感器，通过不同的传感器实现采集各类 农业作业数据。

参照图2，所述定位模块获取的终端定位轨迹与采集模块数据上传至云服 务端后，通过计算程序得到农机作业数据，其包括但不限于农机作业量、施 药用量、施药效率、工作环境数据、施用药型号与名称、生长状态，建立档 案追踪农药使用记录和农产品生产记录，并结合历史数据给出农机工作报告。

参照图1，所述终端包括信息反馈模块，所述信息反馈模块分为语音模块、 显示模块，用于播放和显示工作警示、天气预报、操作方法、设备状态、控 制信息、与导航信息，所述显示模块为低功耗LED液晶显示模块。

所述智能终端及控制系统可应用于包括但不限于农用无人机、喷杆喷雾 机施药设备、各种植保作业设备。

以上实例所述智能终端及控制系统将国产北斗定位技术、单片机技术、 物联网技术、云服务技术、传感器技术相结合，应用在农用无人机、喷杆喷 雾机施药设备、各种植保作业设备等农业机械设备上，实时对设备的状态参 数信息、作业纪录等各类数据，通过无线数据传输或卫星数据传输传送至云 服务端并解析整理成云端大数据，实现精准化植保和农药监管，并追踪农产 品生产过程，保障农产品安全，实现实现科学种植，智能种植。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实 施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也 可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述智能终端包括主控模块、存储模块、通信模块、定位模块、电源模块、信息采集模块，并与云服务端组成智能终端控制系统；

所述主控模块采用FLASH型单片机，分别与存储模块、通信模块、定位模块、电源模块、信息采集模块连接，用于控制和协调智能终端各模块的工作、数据交换、运算及信息处理，并通过云服务端远程进行调试和更新；

所述存储模块分为固定存储器、外接存储器，所述固定存储器用于存放系统引导程序、嵌入式系统、GIS地图数据、应用程序与用户信息，所述外接储存器用于存放终端其他模块产生的运行数据，并通过通信模块上传至云服务端；

所述通信模块为智能终端与云服务端通信的接收和发送组件，采用无线网络模块与卫星通信模块并存的通信方式；

所述定位模块包括BDS/GPS双模兼容定位系统模块、GIS模块，所述BDS/GPS双模兼容定位系统模块用于接收卫星信号转化为定位信息，传送至主控模块，并通过与GIS模块协同进行信息处理后，计算出终端定位轨迹，所述定位轨迹包括三维坐标、速度、方向和时间信息；所述GIS模块地图数据存储于固定存储器中，并可通过通信模块进行在线更新；

所述电源模块包括锂电供电模块、太阳能充电模块，用于为其他模块组件提供电力供应，所述太阳能充电模块通过接收太阳能，并将太阳能转化为锂电电能，用于延长锂电供电模块供电时间和电能不足时紧急补充电量，并发送故障诊断数据和定位信息至云服务端；

所述信息采集模块包括设备状态采集模块、功能传感器模块、图像采集模块，用于采集设备和终端运行数据，并存储于外接存储器中；所述设备状态采集模块采集农机的设备硬件数据和故障诊断数据，所述功能传感器模块采集液位、流量、风速、雨量、与温度数据，在农机使用过程中，通过传感器获取农机施液量、施液效率、外界环境数据；所述图像采集模块为微型CCD摄像头，通过摄像头采集施药商品二维码、施药对象生长状态、环境图像，并可远程操控进行现场查看；

所述云服务端提供实时存储和数据访问功能，实时接收并存储智能终端上传的运行数据，并下发对应数据；所述云服务端还提供外部控制端口，用于扩展其他系统。

2.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述控制系统通过云服务端实时了解智能终端和农机设备状态信息并控制其启动或停止工作。

3.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述FLASH型单片机型号为MSP430F149微处理器。

4.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述外接储存器为可插拔存储卡。

5.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述无线网络模块支持GPRS模式、4G模式、5G模式中的一种或多种通信模式。

6.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述BDS/GPS双模兼容定位系统模块型号为UM220-III。

7.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述功能传感器模块包括但不限于液位传感器、流量传感器、风速传感器、雨量传感器、与温度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述定位模块获取的终端定位轨迹与采集模块数据上传至云服务端后，通过计算程序得到农机作业数据，其包括但不限于农机作业量、施药用量、施药效率、工作环境数据、施用药型号与名称、生长状态，建立档案追踪农药使用记录和农产品生产记录，并结合历史数据给出农机工作报告。

9.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述终端包括信息反馈模块，所述信息反馈模块分为语音模块、显示模块，用于播放和显示工作警示、天气预报、操作方法、设备状态、控制信息、与导航信息，所述显示模块为低功耗LED液晶显示模块。

10.根据权利要求1所述的一种施药农机智能终端及控制系统，其特征在于，所述智能终端及控制系统可应用于包括但不限于农用无人机、喷杆喷雾机施药设备、各种植保作业设备。

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